信息与通信技术 (ICT)
GPS 系统和设备

计算机和手机等支持全球定位系统 (GPS) 的设备和服务是非常常见的现代科技产品。许多用户每天都会使用受益于 GPS 的系统。 GPS 的基础概念一度曾被认为相对新奇,且主要由政府使用。

启用 GPS 的设备通过与全球导航卫星系统 (GNSS) 进行通信来提供服务。该系统由一个松散的导航卫星网络组成。这些卫星在不同的轨道高度、以不同的速度围绕地球进行连续轨道运行。 GNSS 卫星会连续传输一个可由地面设备检测到的弱无线电信号。 启用 GPS 的设备需要与至少三颗 GNSS 卫星同时保持视距,才能对其在地面的位置进行三角测量。 导航卫星最初由美国政府于 20 世纪 70 年代发射,且仅用于军事用途。到 20 世纪 90 年代中,全球定位系统已广泛用于商业用途。 今天,GNSS 星座由多个国家的数十颗卫星组成。

使用 GPS 坐标

启用 GPS 的设备在通信时使用“GPS 坐标”。 GPS 坐标采用预定义的网格系统来定义地表的一个准确位置。 坐标系不止有一个,但是绝大多数通信系统都基于纬度和经度:

    纬线——纬线是从东向西穿越地表的水平线。 最长和最主要的纬线是赤道。

    赤道代表纬度的 0°,而北极和南极分别代表 90°。 赤道和两极之间的纬线在 0-90° 之间均匀分布。

    纬线通常以北纬 0-90° (N) 和南纬 0-90° (S) 表示,例如:

     

              32° N

    Lines of Lattitude

    经线——经线是从北极延伸到南极的垂直线。 最主要的经线称为本初子午线。

    本初子午线代表经度 0°,而东西垂直经线分别递增至 180°,合计 360°。

    经线以东经 0-180° (E) 和西经 0-180° (W) 表示,例如:

     

              163° W

    Lines of Longitude

    经度和纬度组合形成的网格结构如下所示:

    为了更为准确地描述 GPS 坐标,可将经线和纬线细分至更小的尺度。 精确的 GPS 坐标可精准定位地表上小至一平方米的任何位置。

    所有 GPS 坐标系中都首先指示北/南方向,然后是东/西方向。 然而,尽管有多种可以表示坐标的方法,但坐标系间的坐标不可互换。 GPS 坐标的各种格式包括:

    GPS 坐标网格类型

    解释

    GPS 坐标布局示例

    度、分和秒 (DMS)

    最常用的表示 GPS 坐标的传统方法是度、弧分和弧秒。 度数与纬线和经线相对应,而分和秒则以 1-60 为单位表示,一度等于六十弧分。 虽然数字本身就可指示不同的位置,但传统坐标还需要 N、E、W 或 S 来指示其与赤道或本初子午线的关系。

    41° 49' 17.3" N,
    12° 24' 27.0" E

    十进制度 (DD)

    十进制度是计算机系统最容易读取和理解的方法,因此正迅速成为表示 GPS 坐标的最常用方法。 十进制度以整数表示(纬度或经度),然后是小数点,且小数点后最多有六位。 小数点之后的数字基本是整数的分数,以 1-10 为单位。 本初子午线以西或赤道以南的十进制度表示为负数。 例如,秘鲁(位于南半球和西半球)海岸线外的一点可表示为:

                                        -9.791500, -81.199971
    41.821468,
    12.407512

    度和十进制分 (DMM)

    普通弧分/弧秒和十进制度的混合表示方法,其中正常弧分和弧秒采用十进制表示。

    41 49.2881 N,
    12 24.4507 E

    生成和使用 GPS 坐标时,必须了解不同坐标格式之间的差异! 因为弧分和弧秒采用以 60 为底的系统,而十进制度采用以 10 为底的系统,所以同一位置会有两个不同的数字。 如果 GPS 坐标是用以弧分/弧秒为单位的设备记录的,用户在计划使用十进制度工具时,必须将坐标转换为十进制度,反之亦然。

    GPS 设备

    市场上有许多可供人道主义组织使用的 GPS 设备。这些设备都有自己的用户要求和说明。 选择 GPS 设备时,用户必须清楚 GPS 设备的预期用途。

    离线/单机——许多 GPS 设备专为记录 GPS 坐标而设计。 通常,这些设备的界面很简单,由一次性或可充电电池供电。 离线 GPS 设备通常用于海事、航空和军事用途,但也可用于野外定向、采矿或任何需要在远离移动或互联网连接的情况下工作的应用。 离线 GPS 设备通常只是 GNSS 卫星 GPS 信号的被动接收机,且只能简单地提供坐标。 有些 GPS 设备具有测绘功能或能够记录航点。 对于类似附加功能的需求将取决于用途和机构。

    在线/基于手机——如今的大多数智能手机都有 GPS 功能以及地图和轨迹应用程序。 虽然大多数用户都熟悉手机的 GPS 应用程序,但仍须考虑以下几点:

    • 许多手机也会利用移动信号塔来对位置进行三角测量,并且不一定能从 GNSS 卫星获得可靠的 GPS 坐标。
    • 与专业 GPS 设备相比,手机可能比较容易损坏,防水/防尘性能较差,电池寿命也较短。
    • 如果没有连续的互联网连接,有些 GPS 应用程序将无法运行。

    在只使用智能手机作为主 GPS 设备之前,用户应考虑:

    • 需要设备运行多长时间?
    • 设备能否承受作业环境的条件?
    • 如果没有移动信号连接,智能手机是否仍能正常工作?
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